[发明专利]一种易焊接低温抗层状撕裂性能优异的钢板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及690MPa级中厚钢板锻造技术领域，具体涉及一种易焊接的抗层状撕裂性能优异的690MPa级钢板及其制造方法。

背景技术

自升式钻井平台桩腿主弦管主要由齿条板与半圆板焊接而成，因此，半圆板作为自升式钻井平台的一个关键部位，不仅要求具有高强度高韧性，还要求具有良好的易焊接性和抗层状撕裂性能以满足平台建造过程中的焊接要求。通常，要求半圆板的屈服强度≥690MPa，抗拉强度770～940MPa，延伸率≥14%，钢板1/4厚度处-40℃的夏比冲击功≥69J。随着深海油气勘探的不断发展，为满足超恶劣环境下海洋平台的安全需要，除了上述要求意外，对半圆板在低温下的冲击功韧性、焊接性和抗层状撕裂性能提出了更高的要求，要求-60℃下夏比冲击功≥69J，C在≤0.12%的情况下，Pcm≤0.30，Z向断面收缩率≥35%。目前，低碳设计的低裂纹敏感性易焊接的可在-60℃下使用的70-100mm厚度的高强高韧性钢板在国内还未见有报道。

专利公告号为CN103014541A的发明专利提出了一种690MPa级厚规格海洋工程用钢及其制造方法，可制造最大厚度120mm的钢板，-60℃下夏比冲击功满足≥69J的要求。但是，该技术C含量0.08-0.15%，120mm厚度C含量达到0.13%，碳当量约为0.73，使得该钢板不满足易焊接的要求。

专利公告号为CN101418418A的发明专利提出了一种屈服强度690MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法。但是，其最大厚度为60mm，同时未披露-60℃冲击性能。

专利公告号为CN105039865A的发明专利提出了一种高强度高韧性钢板及其制造方法，C含量在0.12-0.17%，-40℃夏比冲击功≥100J，未明确Ceq和Pcm值，C含量较高，不满足易焊接要求，同时也没有明确-60℃低温冲击功情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种可在-60℃条件下使用的70-100mm厚度、碳当量≤0.60、冷裂纹敏感系数（Pcm）≤0.28的易焊接高强高韧性抗层状撕裂性能优异的690MPa钢板及其制造方法。

为了提高钢板的强度，钢板中的碳含量一般要保持在较大含量上，但是随着碳含量的提高，钢材的焊接性能会变得较差；特别地，在需要增加钢板厚度的情况下，在保证钢板强度不下降的前提下，更加需要提高成分中的碳含量，也就进一步导致钢材焊接性能、抗层状撕裂性能的恶化，使钢板在结构钢应用领域受到限制。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种易焊接低温抗层状撕裂性能优异的钢板，钢板的化学成分质量百分含量为C 0.05-0.09%；Si 0.2-0.4%；Mn 0.9-1.3%；Al 0.02-0.04%；Nb 0.01-0.03%；V 0.03-0.05%；Cr 0.3-0.5%；Ni 1.0-1.4%；Mo 0.3-0.6%；Cu 0.2-0.6%；Ti 0.01-0.02%；B 0.001-0.002%；P≤0.015%；S≤0.003%；N≤0.007%；余量为Fe及不可避免的杂质，碳当量≤0.60；焊接裂纹敏感系数为Pcm≤0.28，Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。

与发明专利公开号103014541A相比，本发明采取了更低的碳含量设计，并从元素成分总体上压低碳当量和裂纹敏感系数，在不降低钢板强度的前提下保证钢板具有优异的焊接性。钢板的冶炼流程为：KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-板坯连铸-缓冷-轧制-调质热处理-精检-性能检测-包装入库。

成品钢板的厚度为70～100mm，屈服强度690MPa以上，抗拉强度770～940MPa，延伸率≥16%，-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J，Z向断面收缩率≥35%，可满足在-60℃超低温环境下服役。

本发明中所含有所有组分的作用及其含量选择理由具体说明如下：

C：影响强度、淬透性和焊接性的主要元素，以固溶强化形式提高钢的强度；碳含量过高会对钢的韧性及焊接性产生不利影响，碳含量过低则会导致钢板淬透性不足，强度偏低。综合考虑，本发明C含量选择范围为0.05-0.09%。

Si：脱氧元素，以固溶强化形式提高钢的强度，过低则影响脱氧效果，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.2-0.4%。